🧬 基因封条 🩹

呈现2025年曹晓风院士团队在《Cell》发表的研究概要。讲述实验现象：“研究发现，在减数分裂期经历过低温胁迫的水稻，其后代即便在常温下生长，也表现出了显著的耐寒性，且全基因组测序显示其 DNA序列并未发生突变。”

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提问：“依据经典遗传学的‘中心法则’，性状的改变通常源于DNA序列的变化。既然DNA序列没有变，这种‘获得性’的耐寒性状是如何遗传给后代的？难道拉马克的‘获得性遗传’是完全正确的吗？”

引导学生思考在DNA序列之外，是否还存在其他的遗传调控机制，从而引出“表观遗传”的概念。

讲解“基因封条”隐喻。将DNA甲基化比作给基因贴上“封条”，导致转录机器无法结合（基因沉默）；将去甲基化比作“撕去封条”，基因得以表达。

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展示文中提及的图2a（ACT1基因调控机制）及图3（教学化后的柱状图）。介绍关键角色：耐寒基因 ACT1 、转录因子Dof1、甲基转移酶MET1b。

提出问题链：“冷敏感型水稻的 ACT1 基因处于什么状态？低温胁迫如何影响MET1b酶？‘封条’（甲基化）发生了什么变化？最终导致了什么结果？”

呈现散点图（即用户提供的图M和N）。
图M：横坐标为CHG甲基化水平，纵坐标为冷胁迫下表达变化（log2FC）。
图N：横坐标为CHG甲基化水平，纵坐标为冷胁迫下结实率。

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提问：“图中的R值和P值说明了什么？甲基化水平与基因表达量、结实率之间存在怎样的数学关系？”

展示图2b（我国水稻种质资源“南高北低”分布）。提问：“为什么南方水稻的甲基化水平普遍较高（封条贴得紧），而北方水稻较低？这体现了什么生物学观点？”

“我们观察到了低温下‘去甲基化’和‘耐寒性增强’同时发生，但这能证明‘去甲基化’一定是耐寒的原因吗？如何排除它是由于其他因素导致的伴随现象？”

“请利用‘基因封条’的原理，设计一个实验，在不使用低温处理的情况下，验证‘去甲基化’（撕封条）能直接导致水稻耐寒。”

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介绍实验材料：冷敏感型水稻、5-氮杂胞苷（一种DNA甲基化转移酶抑制剂，作用是抑制甲基化，即‘化学撕封条剂’）。

将“基因封条”隐喻迁移至人类健康领域。“如果抑癌基因被异常高甲基化（被错误地贴死封条），会导致癌症。相比于基因突变（书页被撕毁），表观遗传修饰（书页被粘住）有什么特点？”

“基于此原理，你认为开发去甲基化药物治疗癌症的前景如何？在生活方式上，我们可以做些什么来维持健康的表观遗传状态？”